Elämä maapallolla on mahdollista vain meren ja auringon avulla

Perjantai tai pääsiäisen ajan pitkäperjantai alkoi aamuauringon loisteessa, se houkutti meitä ulkoilijoita aamukahvin ja -teen jälkeen ulos happea ja valoa saamaan. Veden kiehuessa mietin miten siitä saa parasta teetä ja kahvia. Muistin kuinka joskus  kotitaloustunnilla tuotiin tärkeänä esiin se, että vesi ei saa kiehua, silloin siitä vapautuu liikaa happea, joka vie veden raikkauden ja hyvän maun vähemmäksi. Teen ja kahvin keittämisohjeissa neuvotaan parhaaksi veden lämpötilaksi 80 astetta C.

Elämän perusedellytykset aurinko, vesi ja siitä syntyvä ravinto mahdollistavat meidän hyvinvoinnin. Mitä ja mistä vesi on tullut; 

Yleisimmät kaasut maapallon ilmakehässä ovat typpi 78,1 prosenttia, happea 20,9 prosenttia ja loput 1  prosenttia kaasuista ovat argon, hiilidioksidi, neon, helium, metaani, Krypton, vety ja otsoni.

Vesi (kemiallinen kaava H2O), kemiallisena yhdisteenä,on huoneenlämmössä nesteenä esiintyvä  vedyn ja hapen  muodostama epäorgaaninen kemiallinen yhdiste  ja vedyn palamistuote.

Kaikki maapallon  vesi, eli vety ja happi ovat peräisin samasta lähteestä kuin muukin maapallon materia, eli Aurinkoa  kiertäneistä kaasuista, jäästä ja pölystä koostuneesta kertymäkiekosta ja myöhemmin maahan iskeytyneistä meteoriiteista ja niissä olevasta jäästä. Vettä on saatavilla lähes kaikkialla maapallolla ja se on elämän perusedellytys. Veden kiehumispiste on alkuperäisen määritelmän mukaan tasan 100 celsiusastetta eli 373,15  Kelviniä normaali-ilmanpaineessa. Kun veteen on liuennut  happea, alkaa sitä spontaanisti haihtua siitä myös pois. Mitä enemmän vedessä on liuennut happea, sen nopeammin sitä myös poistuu ilmaan. 

Yleissääntö on, että lämpöiseen veteen liukenee vähemmän happea kuin kylmään veteen, ja että veden keittäminen poistaa tehokkaasti happea vedestä, siitä voidaan kuvitella, että kattilaan jää enemmän vetyä, mutta tuskin siitä polttoaineeksi riittää.

Maan ilmakehän happi on syntynyt yhteyttämisen eli fotosynteesin tuloksena. Yhteyttämisessä kasvin viherhiukkasten lehtivihreä yhdistää ilmakehästä saatua hiilidioksidia ja maasta imettyä vettä. Tarvittava energia saadaan valosta.

Vedessä elävät kasvit ja  kasviplankton yhteyttävät auringonvalossa tuottaen happea. Tämä happi liukenee välittömästi veteen. Osa veteen liuenneesta hapesta onkin peräisin kasviplanktonista. Koska veteen liuennut happi karkaa myös ilmakehään, voidaan helposti ymmärtää ilmakehän hapen alkuperä. Happi on maapallolla peräisin lähes kokonaan sekä planktonista että vesi- ja maakasvien yhteyttämisestä.

Ihminen on noin 62-prosenttisesti vettä ja jo muutaman prosentin nestehukka heikentää työkykyä merkittävästi. Kahdenkymmenen prosentin vajaus johtaa kuolemaan. Koska vettä poistuu ihmisessä monella tavalla, ihminen tarvitsee elääkseen jatkuvasti merkittäviä määriä vettä. Ihminen kuolee ensimmäisenä hapenpuutteeseen (minuuteissa), sitten vedenpuutteeseen (vuorokausia) ja ravinnonpuutteeseen vasta viikkojen tai kuukausien jälkeen

Meri on  mantereiden ympärillä oleva laaja ja yhtenäinen suolavesikerros, joka peittää noin 70,8 prosenttia maapallon pinta-alasta. Kuinka tärkeää meille on säilyttää meret, meidän pääasiallinen vesivarasto ja suuri "hapentuotantolaitos" riittävän puhtaana, kuinka kerätä sinne joutunut saasteroina ja puhdistaa epäpuhtaudet niin, että elämämme täällä voi jatkua!

Varsin suuri osa hapesta kuluu eliöiden hajoitustoiminnassa, jossa ravinnoksi syödyt eliöt muutetaan energiaksi hapen avulla. Tätä palamiseksi  kutsuttua energiansaantia ylläpidetään sillä hapella, joka voidaan ottaa veteen liuenneesta hapesta eli hengittämällä. Pienet eliöt, kuten bakteerit, eläinplankton ja hyönteiset hengittävät solukalvon tai ihon läpi. Suuremmat eliöt, kuten kalat ja sammakot hengittävät kiduksien tai ihon läpi. Suoraan ilmasta hengittävät eliöt eivät käytä veden liuennutta happea vaan  me ihmiset ja eläimet hengitämme  ilmaa vetämällä  hengitysteiden  kautta keuhkoihin, joissa  happea siirtyy sisäänhengitetystä ilmasta vereen ja kudosnesteeseen ja siitä soluihin. Niissä happi kulutetaan soluhengityksessä, josta syntynyt hiilidioksidi palaa keuhkoihin ja hengitetään ulos.

Vety on jaksollisen järjestelmän  ensimmäinen alkuaine. Sen kemiallinen merkki on H. Tunnetuin vety-yhdiste on vesi, jonka molekyylikaava on H2O. Keveydestään huolimatta vesi esiintyy huoneenlämpötilassa nesteenä, mikä johtuu vesimolekyylien välisistä vetysidoksista. Vedellä on korkea kiehumispiste, mikä on tehnyt mahdolliseksi nykyisen kaltaisen elämän syntymisen. Vetyä on maapallolla  eniten nimenomaan vesimolekyyleissä, ja sitä on maapallon maankuoren kokonaismassasta 0,14 %, tällä hetkellä tunnetusta maailmankaikkeudessa vety on yleisin alkuaine 74 prosenttia siinä esiityvästä massasta ja maailmankaikkeuden atomeista 90 prosenttia. Vety toimii  tähtien  polttoaineena niissä tapahtuvissa fuusioreaktiossa.

Auringosta ja muista tähdistä suurin osa on  siis vetyä. Auringossa vetyä  fuusioituu  jatkuvasti heliumiksi. Reaktio on Maassa olevan elämän kannalta elintärkeä, sillä ilman Auringon tuottamaa energiaa Maassa ei olisi riittävästi lämpöä elämälle. Vety (ja helium) olivat ensimmäinen alkuaine maailmankaikkeudessa, ja muut alkuaineet syntyivät myöhemmin tähdissä vedyn fuusioituessa, siis suurin osa maapallolla esiintyvästä vedystä on sitoutuneena  veteen, joka on vedyn ja hapen yhdiste.

Vetyä esiintyy myös lähes jokaisessa orgaanisessa yhdisteessä. Hiilivedyissä on vain hiili- ja vetyatomeja. Muissakin orgaanisissa yhdisteissä osa vetyatomeista on sitoutunut yleensä suoraan hiiliatomiin, mutta osa esimerkiksi  happiatomiin. 

Monimutkaisempia hiiltä, vetyä ja muitakin alkuaineita sisältäviä orgaanisia yhdisteitä ovat esimerkiksi sellaiset biologisesti tärkeät aineet kuin proteiinit, rasvat ja hiilihydraatit sekä myös DNA . Vetyä on sitoutuneena myös fossiilisisa polttoaineissa, joista maaöljy ja maakaasu ovat pääosin hiilivetyjä. Myös  kivihiilen huokosissa on yleensä metaania (kaivoskaasua), joka on yksinkertaisin hiilivety. 

Useampiatomisilla molekyyleillä voi olla niin kutsuttuja  spin-isomeerejä, vedyllä niitä on kaksi: orto- ja paravety. Spin on alkeishiukkasten  ominaisuus, jonka lähin klassinen analogia on sisäinen pyörimismäärä, mutta täysin spiniä ei voi kuvata klassisilla malleilla. Spin on   kvantittunut ominaisuus. Jos spin on kokonaisluku, kyseessä on bosoni, jos puoliluku, kyseessä on fermioni. Tavallisten alkeishiukkasten (kvarkit, leptonit)  spin on 1/2. Fotonin, gluonin sekä W ja Z-bosoneiden  spin on puolestaan 1. Gravitonin  spin on 2. Spintroniikka tutkii mahdollisuutta hyödyntää elektronin spiniä tiedon tallentamisessa, käsittelemisessä ja siirrossa. Vetyatomin ytimessä on yksi protoni, jota kiertää alimmalla energiatasolla yksi elektroni, sen asiosta vedyn tuottamaa spektriä ja siinä näkyviä spektriviivoja on helppo tutkia.

Vetyä valmistetaan teollisuudessa kuudella eri tavalla kuten maakaasusta tai -öljystä katalyytin avulla, vetyä voidaan erottaa vesikaasusta, maaöjyn hiilivetyjen krakkauksessa (kemiallinen prosessi, jossa orgaaniset yhdisteet pilkkoutuvat yksinkertaisimmiksi, sen avulla voidaan muuttaa raakaöljyn raskaita hiilivetyjä kevyemmiksi ja hyödyllisimmiksi kuten bensiini) tai elektrolyysillä myös epäjalon metallin reagoidessa jonkin hapon kanssa, syntyy suolaa ja vetyä vapautuu.

Nestevety on kantorakettien tehokkainta polttoainetta,ja päästötoimet kehittävät vetyteknologiaa, jossa vety on tuotettu fossiilittomasta energiasta.

Happi on  alkuaine, kemiallinen merkki on O (lat.oxygenium). Vapaa happi reagoi herkästi monien muiden aineiden kanssa. Se ylläpitää palamista, ja se on myös useimpien  eliöiden  elämälle välttämätöntä. Sitä vapautuu kasvien  yhteyttämisessä  ja kuluu  soluhengityksessä, Happimolekyyli (O2) muodostuu kahden happiatomin liitoksesta, ja esiintyy kaasumaisena huoneenlämpötilassa. Happi on tärkeä ainesosa ilmakehässä, jossa sitä on 21 prosenttia.

"Hapen pelkistyminen johtaa erittäin reaktiivisten välituotteiden eli happiradikaalien syntyyn. Vapaita happiradikaaleja syntyy solun aineenvaihdunnassa sekä hallitusti että hallitsemattomasti. Hallitsemattomat radikaalireaktiot merkitsevät proteiinien rakennemuutoksia. Solun puolustusjärjestelmään kuuluvat antioksidanttiyhdisteet ja -entsyymit sekä DNA-korjausentsyymi pyrkivät vaurioiden estoon ja korjaamiseen. Tasapainotilassa solu tuottaa radikaaleja ennen kaikkea solun vuorovaikutusten välittämiseen.

Proteiinivauriot voivat alkaa joko radikaalien aiheuttamalla suoralla hapettumisella tai solunsisäisen kalsiumin lisääntymisen aiheuttamalla proteaasien aktivaatiolla. Kalsiumkanavien toiminta on herkkä hapetus-pelkistystasapainolle; solunsisäisen kalsiumin lisäys aktivoi proteaasien lisäksi fosfolipaasiA2:n ja nukleaaseja. Happiradikaalit on yhdistetty ennen kaikkea oksidatiivisiin soluvaurioihin iskemiareperfuusiossa, tulehduksessa ja säteilyaltistuksessa. Nopea muutos hapen osapaineessa koetteleekin aina solujen sopeutumiskykyä.  Oksidatiivisella stressillä on keskeinen merkitys plakkien synnyssä, sillä plakit muodostuvat liiallisen  LDL -kolesterolin  kertyessa verisuonten seinämään ja hapettuessa siellä. Tämä hapettuminen tapahtuu nimenomaan reaktiivisten happiradikaalien vaikutuksesta.

Pysyvät kemialliset sidokset syntyvät elektronipareista, joiden elektroneilla on vastakkaiset pyörimissuunnat (spin). Kuitenkin myös entsyymien katalysoimissa reaktioissa atomien uloimman elektronikehän sidoselektronit voivat siirtyä yhden elektronin annoksina. Tällaisen sidoselektronin jäädessä parittomaksi syntyy radikaali, joka hyvin hanakasti pyrkii reagoimaan eli täydentämään elektronikehänsä. Yleensä radikaalit ovat makromolekyyleille haitallisia, jos ne ovat sattumanvaraisia ja etenevät ketjureaktiona. Vaikeasti hallittavat radikaalit ovat pieniä, runsaasti esiintyviä tai liikkuvat nopeasti solun sisällä. Hapen elektronegatiivisuuteen perustuva energia-aineenvaihdunta ja sen yhdisteiden runsaus tekee käytännössä hapen radikaaleista tärkeimmän elementin, jonka kanssa solu joutuu tasapainoilemaan.

Osa antioksidanteista on suoraan ravitsemustekijöitä: vitamiineja, niiden esiasteita, aminohappoja ja hivenaineita. Osa taas syntyy elimistössä, esimerkiksi maksassa tai ainoastaan solun sisällä, sen omiin tarpeisiin. Antioksidanttientsyymien hivenaineriippuvuudet ovat osa vapaaradikaalitasapainon keskeisiä ominaispiirteitä. Seleeni on tässä suhteessa keskeisessä asemassa. Se on välttämätön hivenalkuaine, jonka tunnetuin tarve liittyy glutationiperoksidaasiin. Lipofiiliset antioksidantit, kuten alfatokoferoli (E-vitamiini), ovat tarpeellisia suojatessaan tyydyttymättömiä rasvahappoja lipoperoksidaatiolta. 

Radikaalintuotto ja antioksidaatio on jatkuvaa aineenvaihduntaan liittyvää "nuorallatanssia". Tasapainon siirtyminen suuntaan tai toiseen vaikuttaa solun ja kudosten toimintaan. Proteiinien SH-ryhmät muodostavat tärkeän sekä hapetus-pelkistystasapainoa ylläpitävän että sitä toiminnallisesti hyödyntävän järjestelmän, joka toistaiseksi tunnetaan vain osittain. Esimerkiksi leukosyyttien radikaalintuotannon käynnistyessä tulehduksessa kollagenaasi aktivoituu sen tioliryhmien hapettuessa. Tasapaino on kuitenkin tarpeen muiden rakenteiden suojaamisessa.

Happi on elämälle välttämätön sekä energia-aineenvaihdunnassa että radikaaleina. Tasapainon ylläpito on monien vuorovaikutusten summa. Ympäristön hapettavien tekijöiden muutokset voivat altistaa organismit stressille ja vaikuttaa ihmisenkin sopeutumismekanismeihin. Oksidatiivinen stressi on keskeinen osa ei vain soluvauriossa, mutaatiossa ja kasvaimen promootiossa vaan myös fagosytoosissa sekä solun jakautumisen ja erilaistumisen säätelyssä. Radikaalintuottoon liittyvien terveysriskien ymmärtäminen ja hoitosovellusten kehittäminen edellyttävät perustutkimuksen saavutusten, solu- ja kudostason ilmiöiden sekä sen myötä sairauksien synnyn uusien selitysmallien tuntemusta." Duodecimlehti.fi

Kävey raikkaassa ilmassa auringonpaisteessa ja nauttimalla janoon puhdasta vettä, olemme osa maapallon elämää saaden siitä lähes kaiken, auringon valo ja vesi mahdollistavat ravinnon, jolla elämme ja pysymme elinvoimaisena, rentoutuminen ja valon saanti ehkäisevät stressiä ja mahdollistavat elimistön toiminnan. 

Arja Kolehmainen 15.4.2022 Helsinki

Lähde Wikipedia, Duodecim